A medida que las flores florecen y las frutas maduran, emiten un gas incoloro y de olor dulce llamado etileno. Los químicos del MIT ahora han creado un pequeño sensor que puede detectar este gas en concentraciones tan bajas como 15 partes por billón, lo que creen que podría ser útil.en la prevención del deterioro de los alimentos.
El sensor, que está hecho de cilindros semiconductores llamados nanotubos de carbono, podría usarse para monitorear frutas y verduras a medida que se envían y almacenan, lo que ayuda a reducir el desperdicio de alimentos, dice Timothy Swager, profesor de química John D. MacArthur en el MIT.
"Existe una necesidad persistente de una mejor gestión de los alimentos y la reducción del desperdicio de alimentos", dice Swager. "A las personas que transportan fruta alrededor les gustaría saber cómo les está yendo durante el tránsito, y si necesitan tomar medidas para mantener el etileno bajo mientraslo están transportando "
Además de su papel natural como hormona vegetal, el etileno también es el compuesto orgánico más ampliamente fabricado en el mundo y se utiliza para fabricar productos como plásticos y ropa. Un detector de etileno también podría ser útil para monitorear este tipo de etileno industrialfabricación, dicen los investigadores.
Swager es el autor principal del estudio, que aparece hoy en la revista ACS Central . Postdoc MIT Darryl Fong es el autor principal del artículo, y el estudiante graduado del MIT Shao-Xiong Lennon Luo y el erudito visitante Rafaela Da Silveira Andre también son autores.
maduro o no
La mayoría de las plantas producen etileno, que lo utiliza como hormona para estimular el crecimiento, la maduración y otras etapas clave de su ciclo de vida. Los plátanos, por ejemplo, producen cantidades crecientes de etileno a medida que maduran y se vuelven marrones, y las flores producensegún se preparan para florecer. Los productos y las flores bajo estrés pueden producir en exceso etileno, lo que los lleva a madurar o marchitarse prematuramente. Se estima que cada año los supermercados de EE. UU. pierden alrededor del 12 por ciento de sus frutas y verduras por deterioro, según el Departamento de EE. UU.de la agricultura.
En 2012, el laboratorio de Swager desarrolló un sensor de etileno que contiene conjuntos de decenas de miles de nanotubos de carbono. Estos cilindros de carbono permiten que los electrones fluyan a lo largo de ellos, pero los investigadores agregaron átomos de cobre que ralentizan el flujo de electrones.se une a los átomos de cobre y ralentiza los electrones aún más. Medir esta desaceleración puede revelar cuánto etileno está presente. Sin embargo, este sensor solo puede detectar niveles de etileno hasta 500 partes por billón, y debido a que los sensores contienen cobre, es probable queeventualmente se corroe por el oxígeno y deja de funcionar.
"Todavía no hay un buen sensor comercial para el etileno", dice Swager. "Para administrar cualquier tipo de producto que se almacene a largo plazo, como manzanas o papas, a la gente le gustaría poder medir su etileno para determinar si esen modo de estasis o si está madurando "
Swager y Fong crearon un nuevo tipo de sensor de etileno que también se basa en nanotubos de carbono pero funciona por un mecanismo completamente diferente, conocido como oxidación de Wacker. En lugar de incorporar un metal como el cobre que se une directamente al etileno, usaron un metalcatalizador llamado paladio que agrega oxígeno al etileno durante un proceso llamado oxidación.
A medida que el catalizador de paladio realiza esta oxidación, el catalizador gana electrones temporalmente. El paladio luego pasa estos electrones adicionales a los nanotubos de carbono, haciéndolos más conductores. Al medir el cambio resultante en el flujo de corriente, los investigadores pueden detectar la presencia de etileno.
El sensor responde al etileno a los pocos segundos de exposición, y una vez que el gas desaparece, el sensor vuelve a su conductividad de referencia en unos pocos minutos.
"Estás alternando entre dos estados diferentes del metal, y una vez que el etileno ya no está allí, pasa de ese estado transitorio y rico en electrones a su estado original", dice Fong.
en flor
Para probar las capacidades del sensor, los investigadores depositaron los nanotubos de carbono y otros componentes del sensor en un portaobjetos de vidrio. Luego lo usaron para monitorear la producción de etileno en dos tipos de flores: claveles y lisianthus morados. Midieron la producción de etileno durante cinco días, lo que les permite rastrear la relación entre los niveles de etileno y la floración de las plantas.
En sus estudios de claveles, los investigadores encontraron que hubo un aumento rápido en la concentración de etileno el primer día del experimento, y las flores florecieron poco después, todo en un día o dos.
Las flores de lisianthus púrpuras mostraron un aumento más gradual en etileno que comenzó durante el primer día y duró hasta el cuarto día, cuando comenzó a declinar. En consecuencia, la floración de las flores se extendió durante varios días, y algunas todavía no lo habían hecho.floreció al final del experimento.
Los investigadores también estudiaron si los paquetes de alimentos vegetales que venían con las flores tuvieron algún efecto en la producción de etileno. Descubrieron que las plantas que recibieron los alimentos mostraron retrasos leves en la producción y floración de etileno, pero el efecto no fue significativo solo unas pocas horas.
El equipo del MIT solicitó una patente para el nuevo sensor. La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Programa de Tecnología de Calidad Ambiental del Centro de Investigación y Desarrollo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU., El Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá y elFundación de Investigación de Sao Paulo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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